中频直流伺服焊接技术在车姜制造中的应用

2024年3月27日发(作者：金杯海狮s)

中频直流伺服焊接技术在车身　

制造中的应用　

江淮汽车股份有限公司　（安徽合肥２３００２２）　魏庆丰吴青云周景陈晋　

１．概述　

良，焊接质量不稳定，采用中频直流控制器可提高　

车身是汽车整车的重要组成，车身质量的好坏　

对焊接电流、焊接时间等参数的控制，从而提高焊　

直接影响整车的使用寿命。电阻点焊是汽车制造中　

接质量。④伺服焊钳可以有效减小预压阶段的冲击　

最主要的焊接方法，完成车身９０％以上的装配工作　

力，减少板件变形，同时更精确的控制焊接阶段的　

量，通常每辆轿车白车身有４０００～６０００个焊点，因　

压力，提高焊接质量及工位节拍。　

而点焊质量与焊接效率对轿车的质量与成本有着重　

（２）选型本次改造主要包括更换原３台旧机　

要影响。随着汽车性能的不断提高，尤其是高强钢　

器人，新增中频直流焊接控制系统和伺服焊钳，替　

板、镀锌钢板及热成形钢板的广泛应用，传统的交　

代原交流、气动焊接模式。　

流焊机加气动焊钳的电阻点焊工艺无法满足焊接质　

首先，中频直流焊接控制系统。选择梅达　

量要求。焊接电流、通电时间以及电极压力是控制　

ＭｅｄＷｅｌｄ　６０００集合式焊接控制器（见图１）。　

焊接质量的３个主要的参数，采用中频直流逆变焊　

ＭｅｄＷｅｌｄ　６０００向中频直流（ＭＦＤＣ）逆变器提供触　

接控制器可精确控制焊接电流和焊接时间，使用伺　

发脉冲，以及向ＭＦＤＣ提供焊接电流。提供多种接　

服电动机驱动电极能够精确地控制电极压力，中频　

口方式满足ＫＵＫＡ、ＡＢＢ、ＦＡＮＵＣ集成要求。同时　

加伺服的有效配合可以很好的解决焊接质量问题，　

控制器用监视电压和按需要增加电流的方法来补偿　

已经得到越来越广泛的重视。　

焊接环境的变化，以获得一致的焊点质量。当电压　

２．中频伺服焊接技术在瑞风商务车车身上的　

波动时初级电流腑自之变化，如果焊接能量　下降，　

应用　

时调器触发相位向前移（来增加，）直至Ｅ稳定下　

（１）应用背景为提高瑞风焊装线的节拍，达　

来。　

到年产１０万辆产能的目标，同时提高车身质量，焊　

装车间进行个别工位的改造，解决了节拍瓶颈、设　

备故障率高、焊接质量不稳定等难题，同时可为后　

期中频伺服焊接技术的广泛应用奠定了基础。　

本次应用选择瑞风商务车ＭＢ０７顶盖与侧围补　

焊工位进行改造，主要是由于：①原机器人设备运　

行时间较长，故障率高停线时间长，且补焊点较　

多，节拍瓶颈。②焊钳需跨侧围窗框焊接顶盖焊　

点，焊钳尺寸较大，中频直流变压器体积质量小，　

有利于机器人设备型号的选择，同型号机器人可获　

图１　梅达ＭｅｄＷｅｌｄ　６０００集合式焊接控制器　

得较大加速度，节省操作时间。③ＭＢ０７Ｉ位四层　

其次，伺服焊钳。焊钳选择南京小原，具体　

板焊点较多，且实际装配时，顶盖与侧围搭接不　

型号通过ＴＥＣＮＯ软件对该工位所有焊点进行仿真　

参磊　…　５３　

模拟，最终选择ＳＲＴＣ—Ｃ０２９８型号一把，ＳＲＴＣ　

—

７０　

６Ｏ　

５ｏ　

ｌＯＯ　

８０　

＿

Ｃ０２９９型号两把，同时确定机器人位置。ＭＢ０７工　

位焊点仿真模拟过程如图２所示。焊接变压器采用　

小原ＮＩ１１０Ｈ　６１０Ａ　Ｕ系列，容量１１０ｋＶＡ，初级　

电压６００Ｖ，二次电压１２．５Ｖ，频率１０００Ｈｚ，重量仅　

２８ｋｇ。　

冀３４０　

暴２０　

ｌ０　

秣６Ｏ　

《４Ｏ　

嘉２０　

Ｏ　

Ｏ　

骨　蒋　一．　｝　’．　

机器人各轴　机器人各轴　

（ａ）ＳＲＴＣ—Ｃ０２９８焊钳　（ｂ）ＳＲＴＣ—Ｃ０２９９焊钳　

图３机器人各轴负载　

动焊接模式无法根据实际的装配状态自动调整焊接　

参数来保证焊接质量，因此，此处焊点的焊接质量　

很不稳定。焊接电流过大，就会造成焊点过烧或烧　

穿；反之，焊接电流调小，又会引起弱焊或虚焊。　

且气动焊钳接触板件时较大的冲击力容易导致顶盖　

变形，无论如何调整焊接参数，都无法得到稳定良　

图２　ＭＢ０７Ｓ￣位焊点仿真示意　

好的焊点质量。中频伺服焊接技术很好地解决了此　

最后，机器人选择ＫＵＫＡ　ＫＲ　２１０—２Ｋ，额定　

问题，调试过程中首先通过撕片及拉伸试验，初步　

负载为２１０ｋｇ，同时根据机器人所抓伺服焊钳的型　确定工艺参数。进行撕裂拉伸试验时，根据该工位　

号和重量，进行负载分析，确保机器人型号满足　

板件搭接组合，每台机器人选择两种焊接参数，分　

工艺要求。图３为ＫＲ２１０　２Ｋ机器人分别对所选两　别对应３、４层板撕片进行焊接并进行相应试验，结　

种类型焊钳的负载分析结果，可以看出在模拟过程　

果如表１、表２所示。　

中，机器人各轴负载均小于８０％，满足工艺要求。　

根据上述试验过程，同时对实车焊接情况进行　

（３）工艺调试ＭＢ０７工位侧围与顶盖搭接焊　现场评审，最终确定最优工艺参数。现场验证结果　

点存在较多４层板焊接，总板厚超过４ｍｍ，且实际　表明，使用中频伺服焊接技术焊接侧围与顶盖４层　

拼焊时板件搭接不良，存在装配间隙，普通工频气　

板，焊点焊接质量合格稳定，外观良好。图４为调　

表１　机器人焊点撕裂试验记录　

机器人　焊钳　

型号　

焊接　

参数　

总板厚／

ｍｍ　电流／

焊接　

Ａ　

电极压力　

／ｋＮ　时间／

通电　焊核直径　

ｃｙｃ　／ｍｍ　

焊点照片　撕裂后照片　结论　

ＲＢｌＬ　ＳＫＴＣ　Ｃ０２９９　

１　１　ｘ　１×１　７４００　２　１５　５．５　

一　＿　合格　

２　１×１×ｌ×１　７８００　２－２　１５　６　一　－　合格　

ＲＢｌＲ　ＳＫＴＣ　Ｃ０２９９　ｌ　１×ｌ×ｌ　７４００　２　ｌ５　５．５　●　＿　合格　

２　１×１×１×１　７８００　２＿２　１５　６　一　＿　合格　

ＲＢ２Ｌ　ＳＫＴＣ　Ｃ０２９８　１　１×１　１　７２００　２　１５　５　＿　＿　合格　

２　１×ｌ×１　７４００　２＿２　１５　５．５　

一　一　合格　

表２机器人焊点撕片拉伸试验结果　

序号　焊机编号　机器人工位号　焊钳型号　搭接型号　搭接层数　总板厚／ｍｍ　工艺要求，Ｎ　试验结果，Ｎ　结论　

３　１×１×１　≥３６５２　１４５３７　合格　

ｌ　７５３——２２６　ＲＢ１Ｌ　ＳＫＴＣ—Ｃ０２９９　

４　１　ｘｌ×１×１　≥４４８２　２２６３１　合格　

３　１　ｘ　ｌ×ｌ　≥３６５２　ｌ４７２５　合格　

２　车身线７　位　７５３—２２７　ＲＢｌＲ　ＳＫＴＣ　Ｃ０２９９　

４　１×１×１×１　≥４４８２　２４ｌ８１　合格　

３　１×１×１　≥３６５２　１４７９６　合格　

３　７５３—２２８　ＲＢ２Ｌ　ＳＫＴＣ—Ｃ０２９８　

４　ｌ×１×１×１　≥４４８２　２０７５６　合格　

５４　３４　ｌ　参磊　ｒ｜‘而『　。　热加工　…　

图４中频伺服焊接系统在ＭＢ０７Ｉ位应用　

试完成后的中频伺服焊接系统应用情况。　

（４）效果评价中频伺服焊接技术的应用，除　

了成功解决该工位焊接质量不良问题外，对于节能　

降耗，节拍提升方面也有明显改善，为充分验证节　

能及节拍提升效果，下面从改造前后的现场工艺状　

态进行对比，分析改善效果。　

首先，能耗分析。改造前该工位焊接电流为１０　

Ｏ００Ａ，焊接时间１５ｃｙｃ。采用中频焊机后，在满足　

焊接质量的前提下，焊接电流＜８０００Ａ，焊接时间　

不变。可以看出，能耗节省主要来自两方面：一是　

由于采用中频直流焊机，无回路感抗，功率因数提　

高，减少了无功损耗；二是由于交流有过零转换，　

其间会损失一定的能量。而直流电源持续加热，能　

快速得到所需要的热量。因此同样板件组合形成合　

格熔核需要的焊接电流可以更小，从而节省单点能　

耗。改造前后的单点能耗计算过程如表３所示，中　

频直流焊接技术可以节能约４０％左右。　

表３改造前后单点能耗对比　

设备类型　工频交流一体化　中频直流一体化　

（改造前）　（改造后）　

每度电费／元　１．０Ｏ　１．Ｏ０　

焊接次级电流／Ａ　１００００　８０００　

焊接时间／ｃｙｃ　１５　１５　

功率因数　０．９　Ｏ．９５　

变压器变压比　５０　７４　

初级电流，Ａ　２００　１０８．１ｌ　

初级电压／Ｖ　３８０　３８０　

每焊点，ｋＶＡ　６８－４　３９．Ｏ３　

每焊点所用电量／ｋｗ?ｈ。　０．００５１３Ｏ　０．００３０９０　

每焊点所用电费／元　０．００５　ｌ３Ｏ　０．０ｏ３０９０　

能耗比（％）　６ｏ－２３　

其次，节拍分析。测量采用中频伺服焊接技术　

后该工位各机器人的焊接节拍，同时对比改造前的　

节拍情况，表４反映了工频气动焊钳与中频伺服焊　

麓　

钳单点焊接速度。可以看出采用中频伺服焊钳后，　

节拍提高了约３０％，单点焊接时间从原来的３．１　ｓ提　

高到２．２ｓ。使用同等台数情况下，采用中频伺服焊　

接技术具有更高的节拍。　

表４改造前后单点节拍对比　

焊接　改造前　改造前　改造后　改造后　单点　节省　

机器人　点数　焊接　单点　焊接　单点　耗时　比例　

时间／ｓ　耗时／ｓ　时间／ｓ　耗时／ｓ　节省／ｓ　（％）　

ＲＢ１Ｌ　４６　１４３　３．１１　ｌＯ１　２－２Ｏ　０．９ｌ　２９．３７　

ＲＢ１Ｒ　４７　１４５　３．０９　ｌＯ２　２．１７　ｏ．９１　２９．６６　

ＲＢ２Ｌ　４５　１３８　３．０７　９８　２．１８　０．８９　２８．９９　

均值　３．０９　２．１８　Ｏ．９ｌ　２９．３４　

中频伺服焊钳在节拍提升上具有显著优势，对　

于规划纲领大的焊装线可以更突出地体现其经济效　

益。假设规划一条６０ＵＰＨ，３平台６车型共线的高　

柔性焊装线，设备开动率８５％，则单工位实际节拍　

５１　Ｓ，采用高速辊床输送时间８ｓ，焊接时间需小于　

４３ｓ。某车型车身补焊工位有７个工作站，每个工作　

站布置６台焊接机器人，需补焊５５０点。采用工频气　

动方式焊接，则单台机器人最多焊接１４点。若采用　

中频伺服方式焊接，单台机器人可以焊接约２０点，　

仅需５个工位３０台机器人即可满足规划要求，表５为　

两种焊接方式的对比结果。因此，采用中频伺服焊　

接技术，同规划纲领情况下需工位、机器人及焊机　

焊钳数量更少。　

表５两种焊接方式的对比　

焊接方式　单点　焊点　单台　机器　苴工　工位数　

耗时／ｓ　总数　焊点数　人数　位台数　

工频气动　３．１　５５０　１３～１４　４２　６　７　

中频伺服　２－２　５５０　ｌ９～２Ｏ　３０　６　５　

３．结语　

（１）中频伺服焊接技术对焊接电流、焊接压　

力、焊接时间的控制更精确，可以更好的保证焊接　

质量及稳定性，受外在环境影响小。　

（２）相对工频气动方式，采用中频伺服焊接　

技术，在其他外在条件及焊接参数不变的情况下，　

较小的焊接电流即可满足质量要求。考虑功率因　

数，可节能约４０％。　

（３）对于补焊工位。相对工频气动方式，采　

用中频伺服焊接技术，单点耗时可减少约３０％。同　

等规划工位及使用台数情况下，生产线节拍更高；　

同等规划纲领节拍下，可显著节约工位、机器人及　

焊机焊钳使用数量。ＭＷ　（２０１１１１３０）　

争磊　…　５５